Стандартний келих вина чи пива не просто розслаблює тіло; він докорінно змінює структуру комунікації у мозку. Нові дослідження показують, що гостре вживання алкоголю зміщує нейронну активність з гнучкої, глобально інтегрованої мережі на більш сегментовану, локальну структуру. Ці зміни в архітектурі мозку, мабуть, корелюють з тим, наскільки сильно людина почувається п'яною. Результати були опубліковані у журналі Drug and Alcohol Dependence.
Упродовж десятиліть нейробіологи працювали над вивченням впливу алкоголю на поведінку людини. Традиційні дослідження часто розглядають окремі ділянки мозку ізольовано. Дослідники можуть спостерігати зниження активності у префронтальній корі, що пояснює зниження гальмування. Як альтернатива вони можуть бачити зміни в мозочку, що пояснює втрату фізичної координації.
Проте мозок не функціонує як сукупність незалежних островів. Він є величезною, взаємопов'язаною мережею. Інформація повинна постійно переміщатися між різними областями для обробки образів, звуків і думок. Розуміння того, як алкоголь впливає на потоки інформації в цій мережі, потребує іншого математичного підходу, відомого як теорія графів.
Теорія графів дозволяє вченим розглядати мозок як велику карту міст та автомагістралей. "Міста" - це окремі області мозку, звані вузлами. "Автомагістралі" - це функціональні зв'язки між ними, відомі як ребра. Аналізуючи потоки інформації цими автомагістралями, дослідники можуть визначити, наскільки ефективно мозок обмінюється інформацією.
Лія А. Біссенбергер та її колеги з Університету Міннесоти та Університету Флориди прагнули застосувати цей мережевий аналіз до людей, які вживають алкоголь у помірних кількостях. Біссенбергер, провідний автор дослідження, працювала разом із головним автором Джеффом Буассоно та ширшою командою. Їхньою метою було заповнити прогалину в науковій літературі, що стосується гострого вживання алкоголю.
Хоча попередні дослідження вивчали, як хронічне, інтенсивне вживання алкоголю змінює мозок протягом багатьох років, менше відомо про безпосередні мережеві ефекти одного сеансу вживання алкоголю. Дослідники хотіли спостерігати за мозком у стані спокою. Це базова активність, яка відбувається, коли людина не спить, але не виконує певного завдання.
Для дослідження цього питання команда набрала 107 здорових дорослих віком від 21 до 45 років. Учасники вживали алкоголь у помірних кількостях і не мали в анамнезі розладів пов'язаних з вживанням алкоголю. У дослідженні використовувався подвійний сліпий плацебо-контрольований дизайн. Цей метод є золотим стандартом для уникнення упередженості в клінічних експериментах.
Кожен учасник відвідував лабораторію упродовж двох окремих сеансів. Під час одного візиту вони вживали напій, що містить алкоголь, змішаний із безцукровим наповнювачем. Доза була розрахована таким чином, щоб концентрація алкоголю в повітрі, що видихається, становила 0,08 грама на децилітр, що є допустимою межею для водіння в Сполучених Штатах.
Під час іншого візиту вони отримували напій-плацебо. Цей напій містив лише наповнювач, але його поверхня та край були злегка збризкані алкоголем, щоб імітувати запах та смак справжнього коктейлю. Ні учасники, ні співробітники дослідницького центру не знали, який напій їм запропоновано того чи іншого дня.
Приблизно через 30 хвилин після вживання алкоголю учасники входили до апарату МРТ. Їм було наказано тримати очі відкритими й дозволити своїм думкам блукати. Сканер реєстрував рівень кисню в крові в їхньому головному мозку, який служить непрямим показником нейронної активності.
Потім дослідники використовували обчислювальні інструменти для аналізу функціонального зв'язку між 106 різними областями мозку. Вони шукали певні закономірності даних, що описуються метриками теорії графів. Ці метрики включали «глобальну ефективність» та «локальну ефективність».
Глобальна ефективність вимірює, наскільки легко поширюється інформація всією мережею. Мережа з високою глобальною ефективністю має безліч далеких шляхів зв'язку, що дозволяють віддаленим областям швидко обмінюватись інформацією. Локальна ефективність вимірює, наскільки добре сусіди спілкуються. Вона відображає тенденцію галузей мозку до формування тісних кластерів, які обробляють інформацію між собою.
Аналіз виявив суттєві зміни у топології мозку після вживання алкоголю. Коли учасники вживали алкоголь, їхній мозок переходив у більш сітчастий стан. Мережа ставала менш випадковою і кластернішою.
Зокрема дослідження показало, що глобальна ефективність знижувалася в декількох областях. Це було особливо помітно в потиличній частині, частині мозку, що відповідає за обробку зорової інформації. Зниження передбачає, що алкоголь ускладнює інтеграцію візуальної інформації з іншими функціями мозку.
Одночасно зросла локальна ефективність. Області лобової та скроневої кори почали інтенсивніше взаємодіяти зі своїми найближчими сусідами. Мозок, мабуть, розпався на дрібніші, самодостатні спільноти. Така структура вимагає менше енергії для підтримки, але перешкоджає швидкій інтеграції складної інформації.
Дослідники також вивчили показник, який називається «коефіцієнтом кластеризації». Це значення відображає можливість того, що сусіди вузла також пов'язані один з одним. Алкоголь збільшив коефіцієнт кластеризації у мережі. Це додатково підтверджує ідею у тому, що мозок у стані сп'яніння більше покладається на локальну обробку, ніж глобальну інтеграцію.
Команда також вивчила «острівець» — область, що глибоко залучена до сприйняття внутрішнього стану організму. Під впливом алкоголю острівець показав посилення зв'язків зі своїми локальними сусідами. Він також продемонстрував велику активність у спілкуванні з ширшою мережею, порівняно з групою плацебо.
Ці архітектурні зміни були не просто абстрактними математичними спостереженнями. Дослідники виявили статистичний зв'язок між змінами в мережі та суб'єктивними переживаннями учасників. Перед скануванням учасники оцінювали рівень свого сп'яніння за шкалою від 0 до 100.
Результати показали, що рівень реорганізації нейронної мережі передбачав інтенсивність суб'єктивного «сп'яніння». Учасники, у яких мозок демонстрував найбільше зниження загальної ефективності та найбільше збільшення локальної кластеризації, зазвичай повідомляли про найсильніше сп'яніння. Структурний збій у далеких комунікаціях корелював із відчуттям порушення функцій.
Ця кореляція дає нове розуміння того, чому люди по-різному реагують на одну й ту саму кількість алкоголю. Навіть за однакової концентрації алкоголю в крові люди відчувають різний рівень сп'яніння. Дослідження передбачає, що індивідуальні відмінності у фрагментації нейронних мереж головного мозку можуть бути основою цих різних суб'єктивних реакцій.
Результати дослідження також виявили порушення у зоровій системі. Помітно знизилася ефективність у потиличних областях. Це узгоджується з добре відомими наслідками сп'яніння, такими як затуманений зір або труднощі з відстеження об'єктів, що рухаються. Аналіз нейронних мереж забезпечує нейронну основу цих сенсорних порушень.
Хоча дослідження надає переконливі докази, автори наголошують на певних обмеженнях. МРТ-сканування не дозволило послідовно зафіксувати мозок у всіх учасників. Мозок життєво важливий для рівноваги та контролю рухів. Оскільки він не був включений до аналізу, картина впливу алкоголю на весь мозок залишається неповною.
З іншого боку, дослідження було зосереджено на молодих, здорових дорослих. Зміни в мозку, що спостерігалися тут, можуть відрізнятися у літніх людей або осіб з історією зловживання психоактивними речовинами. Мозок, що старіє, вже демонструє деяке зниження загальної ефективності. Алкоголь може посилити ці ефекти у людей похилого віку.
Дослідники також зазначають, що учасники перебували у стані спокою. Мозок перебудовує свою нейронну мережу при активному розв'язанні проблем чи обробці емоцій. У майбутніх дослідженнях необхідно буде визначити, чи зберігаються ці топологічні зрушення або посилюються, коли людина в стані сп'яніння намагається виконати складне завдання, наприклад, керування автомобілем.
Це дослідження дає тонкіше уявлення про гостре сп'яніння. Воно виходить за межі ідеї про те, що алкоголь просто «пригнічує» активність мозку. Натомість воно показує, що алкоголь змушує мозок перебувати в ізольованому стані. Інформація застряє в локальних глухих кутах, замість того щоб переміщатися магістралями розуму.
Зв'язуючи ці математичні закономірності із суб'єктивним відчуттям сп'яніння, дослідження допомагає подолати розрив між біологією та поведінкою. Воно показує, що відчуття сп'яніння є відчуттям втрати мозком своєї глобальної узгодженості.
